Les neutrinos sont des particules presque insaisissables qui traversent la Terre sans la remarquer. Mais parfois, l'un d'eux percute un noyau atomique de l'eau, et c'est alors toute une gerbe de particules qui naît : muons, protons, pions. Capturer cet instant, c'est un peu comme photographier une balle qui atteint une pomme à un kilomètre de distance.

Dans le laboratoire japonais J-PARC, un faisceau de neutrinos a été envoyé sur un réservoir d'eau contenant une pile de films photographiques – une émulsion nucléaire. Lorsqu'une particule traversait le film, elle y laissait une traînée de minuscules grains d'argent, comme un skieur laisse un sillon dans la neige. Après développement du film, les scientifiques ont observé 82 traces nettes de collisions de neutrinos avec l'eau. Cela ne représente que 5 % du volume total d'eau contenu dans le réservoir.

Chaque trace a été mesurée au microscope : longueur, angle, courbure. On a ainsi reconstitué la vitesse et la direction des protons et des autres particules éjectées. Il s'est avéré que les protons sortent plus souvent avec un angle plus ouvert que ne le prédisait le modèle informatique utilisé dans l'expérience T2K. Cet écart pourrait n'être qu'un hasard dû au petit nombre d'événements, mais il évoque une fissure dans une vitre : tant qu'on n'a pas vérifié de plus près, on ne sait pas si elle va s'agrandir.

La principale valeur de ce travail réside dans le fait d'avoir réussi, pour la première fois, à distinguer des protons de très faible énergie, à peine 200 MeV. Pour comparaison, l'énergie de masse du proton est d'environ 938 MeV : les protons capturés se déplaçaient donc lentement, comme des piétons après une poussée. Auparavant, ces protons lents se noyaient dans le bruit de fond ; désormais, les scientifiques disposent d'une méthode pour les attraper. Lorsque, à l'avenir, dix fois plus de données seront collectées, cette méthode permettra d'ajuster finement les modèles d'interaction des neutrinos avec la matière – un enjeu crucial pour comprendre pourquoi l'Univers contient tant de matière et si peu d'antimatière.